Zmiany chromosomów napędzane ewolucją mogą trwać miliony lat, ale naukowcy opracowali metodę, która pozwala proces ten przyspieszyć w warunkach laboratoryjnych. Może ona zapewnić wgląd w to, jak rearanżacje chromosomów wpływają na ewolucję. Szczegóły opisano w czasopiśmie Science.
Czytaj też: Technika CRISPR może pomóc w pokonaniu HIV
Prof. LI Zhikun z Instytutu Zoologii Chińskiej Akademii Nauk (CAS) mówi:
Laboratoryjna mysz domowa zachowała standardowy 40-chromosomowy kariotyp po ponad 100 latach sztucznej hodowli. Jednak w dłuższych skalach czasowych zmiany kariotypu spowodowane rearanżacjami chromosomów są powszechne. Gryzonie mają 3,2-3,5 rearanżacji na milion lat, podczas gdy naczelne mają 1,6.
Małe zmiany, wielki efekt
U naczelnych te 1,6 zmiany to różnica między ludźmi a gorylami. Goryle mają dwa oddzielne chromosomy, podczas gdy u ludzi są one scalone, a translokacja między chromosomami przodków człowieka wytworzyła dwa różne chromosomy u goryli. Na poziomie indywidualnym fuzje lub translokacje mogą prowadzić do brakujących lub dodatkowych chromosomów, a nawet do rozwoju chorób takich, jak białaczka.
Prof. LI Zhikun dodaje:
Podczas gdy spójność chromosomów jest dobra do zrozumienia, jak rzeczy działają w krótkim czasie, zdolność do przeprowadzania zmian może pomóc pojąć zmiany zachodzące przez tysiąclecia. Inni badacze z powodzeniem przeprojektowywali chromosomy u drożdży, ale próby przeniesienia tej techniki na ssaki nie powiodły się.
Problem polega na tym, że trzeba uzyskać komórki macierzyste z niezapłodnionych embrionów myszy, co oznacza, że ich komórki mają tylko jeden zestaw chromosomów. W diploidalnych komórkach istnieją dwa zestawy chromosomów, które ustawiają się w jednej linii i decydują o genetyce powstałego organizmu. To tzw. imprinting genomowy – można nim manipulować, ale do tej pory wszelkie próby u ssaków kończyły się niepowodzeniem.
Libin Wang, jeden z autorów badania, dodaje:
Imprinting genomowy jest często tracony, co oznacza, że informacja o tym, które geny powinny być aktywne znika, w haploidalnych embrionalnych komórkach macierzystych, ograniczając ich pluripotencję i inżynierię genetyczną. Niedawno odkryliśmy, że poprzez usunięcie trzech regionów imprintowanych, mogliśmy ustanowić w komórkach stabilny wzór imprintingu przypominający plemniki.
Bez trzech regionów, które naturalnie ulegają imprintingowi genomowemu, wzór mógł się utrwalić, pozwalając na fuzję konkretnych chromosomów: 4 i 5 oraz 1 i 2.
Czytaj też: Geny mają większy wpływ na preferencje smakowe, niż nam się wydawało
Libin Wang wyjaśnia:
Początkowe formacje i różnicowanie komórek macierzystych były minimalnie naruszone; jednak kariotypy z chromosomami fuzyjnymi 1 i 2 spowodowały zatrzymanie rozwoju. Mniejszy chromosom po fuzji złożony z chromosomów 4 i 5 został z powodzeniem przekazany potomstwu.
Kariotypy połączonych chromosomów 1 i 2 nie doprowadziły do wykształcenia płodnych myszy, podczas gdy zwierzęta ze zmodyfikowanymi chromosomami 4 i 5 wręcz przeciwnie. Osłabiona płodność wynikała z nieprawidłowości w tym, jak chromosomy rozdzielały się po wyrównaniu. Odkrycie wykazało znaczenie rearanżacji chromosomów dla ustanowienia izolacji reprodukcyjnej, która jest kluczowym ewolucyjnym znakiem pojawienia się nowego gatunku.
